エネルギー
初の商業核融合プロジェクトが発表されました
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核融合、究極のエネルギー源
安定的で信頼性が高く、安価で炭素中立なエネルギー供給がますます重要な課題となる中、すべての注目が核エネルギーに向けられています。
これにはウラン、トリウム、プルトニウムなどの重い原子を分割する核分裂が含まれます。 この技術は石炭やガス発電所の廃止の流れの中で劇的に復活しています ベースロード電力供給の必要性や、交通・暖房・産業生産の電化の傾向にもかかわらずです。
しかしながら、より高度な第4世代原子力発電所でさえ問題がないわけではありません。特に、依然として高度に放射性のある物質の取り扱いが必要であり、一般市民は依然として警戒しており、完全に環境に中立ということは決して実現できません。
このため、科学者たちは太陽を動かすのと同じ現象である水素のような原子を融合させる核融合の可能性に注目しています。
出典: Nature
これは宇宙で最も豊富な元素である燃料を使用し、無害なヘリウムまたはリチウムだけを生成します。また、爆発や制御不能な連鎖反応のリスクがゼロで、実質的に無限のエネルギーを利用可能にするほどの強力さを持ちます。
問題は、必要な条件を実現するのが極めて困難であるため、これまで商業化に近づいた核融合リアクターは一つも存在しなかったことです。
この状況は、少なくとも Commonwealth Fusion Systems（CFS）によれば、10 年以内に変わる可能性があります。 同社はバージニア州で世界初の商業核融合リアクターを建設する方向へ進んでいると発表しました。
CFSリアクタープロジェクト
Commonwealth Fusion Systems は、ARC リアクターでバージニア州の電力網に 400 MW を供給することを目指しており、これは 15 万世帯に電力を供給できる規模です。
これは核融合分野における画期的な進歩であり、従来は最初のスケールアップリアクターは 20〜30 年先と考えられていました。国際熱核融合実験炉（ITER）という大規模な国際プロジェクトでさえ、2039 年までに完成する見込みはありません。
これに対し、CFS のリアクターはエネルギー会社 Dominion の所有地に建設される予定です (D )。同社は 2030 年代初頭に実現可能と見込んでいます。
「信頼できる炭素フリー電力への顧客ニーズは、できるだけ多様な発電オプションが必要です。その精神のもと、CFS の取り組みを支援できることを嬉しく思います。」
Edward H Baine – Dominion 社長
Commonwealth Fusion Systems
CFSテクノロジー
このプロジェクトの現実性を理解するには、CFS の歴史を見る必要があります。 同社は 2018 年に MIT からスピンオフし、以降 20 億ドルを調達しており、特にイタリアの石油大手 Eni からの出資が目立ちます。CFS は「古典的」トカマック設計に基づく核融合リアクターを開発しており、トーラス（ドーナツ形）内にプラズマを形成します。
出典: DOE
(核融合とさまざまなリアクターデザインについては、以下で詳しく学べます：Nuclear Fusion – The Ultimate Clean Energy Solution on the Horizon」および超伝導に関しては「Progress In Superconductivity Making Way For A New Technological Revolution」）
CFS は MIT と共同で開発した高温超伝導（HTS）磁石 high-temperature superconducting (HTS) magnets を使用し、重水素‑トリチウムプラズマを制御・圧縮して核融合を実現します。
液体「ブランケット」が熱としてエネルギーを捕捉し、蒸気タービンを回すための水に伝達します。重水素はほぼどこでも入手可能で海水から濾過でき、ARC のブランケットは自然にトリチウムを生成します。
2021 年に 20 テスラ HTS 磁石を開発し、従来磁石性能の 100〜1,000 倍の向上と史上最大規模を実現しました。
これらの磁石は現在、記録的な新設計である Central Solenoid Model Coil (CSMC) に組み立てられています。2024 年には、同社はこれらの磁石に電力を供給する高電流密度・高温超伝導ケーブル技術も公開しました its technology for a high-current-density, high-temperature superconducting cable that feeds power to these magnets。
燃料使用はすべての核融合技術と同様に非常にコンパクトです：
「必要量が少ないため、ARC の燃料は新プラント稼働時にトラック 1 台で 30 年分を供給でき、価格変動リスクや世界的に不安定なサプライチェーンへの依存がありません。」
今後のリアクターシリーズ
HTS 磁石は SPARC の構築に使用され、最初の正味エネルギー核融合リアクターになることを目指しています。つまり、プラズマ点火により消費エネルギーを上回るエネルギーを生成します。
SPARC はマサチューセッツ州の CFS キャンパスで建設が進んでいますが、まだ最初のプラズマは生成されていません。
出典: CFS
SPARC デモンストレーターが順調に進めば、バージニア州で建設される ARC が次のステップとなります。
出典: CFS
SPARC が技術検証を行う一方で、ARC は設計の経済性を検証します。各 ARC は大型小売店程度の規模で、同程度の敷地が必要です。
出典: CFS
次のステップは ARC の大量生産であり、製造コスト削減と研究開発費の分散を目指します。
真剣な支持
CFS は Dominion と Eni の支援だけでなく、2022 年に英国原子力エージェンシーと 5 年間の協力契約を締結したことでも支持を受けています。
CFS の研究活動は米エネルギー省の 2 つのプログラム、先端研究プロジェクト機関エネルギー部門（ARPA‑E）と核融合エネルギー科学（FES）からの助成金で資金提供されました。
MIT の専門家も CFS に深く関与しています：
「TFMC のミッションが安定した強度の実証であったのに対し、CSMC はスピードの実証が必要でした。
何百もの手がこのコイルに触れ、設計図上の構想から長く複雑な試験プログラムまで関わってきました。この緊密なチームが示した独創性、忍耐力、情熱は、彼らの労働から生まれたコイルと同様に印象的でした。」
Ted Golfinopoulos、MIT の核融合リアクターに関する主要研究者の一人。
CFSの評価
Commonwealth Fusion Systems の磁石技術における成果は世界クラスです。トカマックリアクターの中心概念である安定した磁気閉じ込めは、核融合の課題を解く鍵になる可能性があります。
いずれにせよ、これは核融合用途に限らず非常に価値のある技術になるでしょう。
しかしながら、CFS の目標とタイムラインがどれほど楽観的かを判断するにはまだ時期尚早です。核融合は有望なプロトタイプが多数存在しますが、期待されたほど安定的・生産的でないケースが多く見られます。
したがって、CFS の磁石が提供する余剰電力が、信頼性が高く収益性のある核融合プラズマを生成できるかは不透明です。
未解決の課題の例として、リアクター内部のトリチウム生成ブランケットが期待通りに生産性や耐久性を発揮しない可能性があります。たとえプラズマ生成が順調でも、何十年もの運転でリアクターを損傷させずに電力を回収し電気に変換することは難しいかもしれません。
CFS と Dominion Energy が示す自信は、核融合が大きく前進していることを示しています。AI が新素材を開発したりリアルタイムでプラズマを安定化させることと組み合わせれば、無制限で安価なエネルギーが実現できるまで、あと 1〜2 十年で、淡水化、宇宙探査、屋内農業などの大規模展開が瞬時に可能になるでしょう。
核融合企業
現在、核融合を商業的に実用化することだけに専念している企業は上場していません。これには Helion、General Fusion (GFUZ ) 、Commonwealth Fusion、TEA Technologies、ZAP Energy、および NEO Fusion が含まれます。
Dealroom の専用ページで核融合分野のスタートアップの包括的なリストをご覧いただけます。
それでも、宇宙推進への概念転換により、上場企業として活動している唯一の企業はロッキード・マーティンです。
LMT 価格チャート
民間スタートアップがこの分野を支配する中で例外的に注目すべきは、防衛産業の大手である Lockheed Martin Corporation (LMT ) です。
ロッキードは 2010 年代初頭から Compact Fusion に取り組んでおり、2020 年代に実用化できると期待していましたが、2021 年にプロジェクトが中止されたことが発表されました。
同社は当初の公表以降、このプロジェクトについて極めて慎重に情報を扱っており、なぜこの構想を放棄したのかは未だ不明です。
同時に、完全に概念を放棄したわけではなく、2024 年に Helicity への投資を行うなど、核融合エンジンを開発するスタートアップへの支援を続けています。
この構想は、短時間の核融合バーストで宇宙船を推進することです。Helicity は General Fusion と同様のプラズマガンを使用する計画です。ロッキード内部の結果では、エネルギー生産に適合する形で核融合を持続できないことが示唆されている可能性があります。
しかし、同時に、短時間のバーストが宇宙での推進ニーズに十分であり、実際の製品に近づく可能性はあるのでしょうか？ これは同社の航空宇宙・防衛志向のプロファイルにもより適合するでしょう。
